Elemental Analyse Av Skimmate: Hva Fjerner En Proteinskimmer Faktisk Fra Akvarievann?

den ganske counterintuitive observasjonen at proteinskimmere fjerner bare 20-35% av det målbare Totale Organiske Karbonet (TOC) i reef aquarium water (Feldman, 2009; Feldman, 2010) stiller spørsmålet: “hva er alt det “ting” som samler inn i våre skimmer kopper?”Er det virkelig TOC, eller i det minste en labil, eller “skummbar”, brøkdel av TOC? Forsøk på å identifisere TOC-komponenter fra autentisk havvann er fortsatt i sin barndom, og hittil har dette materialet motstått detaljert kjemisk analyse. Nylig innsats primært Av Hatcher Og kolleger (Mopper, 2007; De La Rosa, 2008) ved hjelp av sofistikerte massespektrometri og kjernemagnetisk resonansspektroskopi teknikker har avslørt at autentisk ocean TOC består av titusenvis av diskrete forbindelser som inkluderer kjemiske representanter fra alle de store biokjemiske gruppene; lipider, peptider, karbohydrater, heterocykler, aromater, etc. Forholdet mellom ocean TOC og aquarium TOC gjenstår fortsatt å bli etablert, men DET virker sannsynlig at TOC i våre akvarier er like variert og rik på sin kjemiske kompleksitet. Dermed er det like lite sannsynlig at en kjemisk sammenbrudd av akvariet TOC vil være kommende i nær fremtid. Likevel er det analytiske metoder som kan avsløre og kvantifisere de fleste av de elementære komponentene I TOC, og med litt kjemisk intuisjon, tillater tildeling av noen av disse komponentene til kjemiske kategorier. Disse analysemetodene kalles Elementær (Eller Forbrenning) Analyse Og Induktivt Koblet Plasma Atom Utslipp Spektroskopi. Begge metodene er tilgjengelige fra mange kommersielle operasjoner; vi brukte Columbia Analytical Services i Tucson AZ for våre skimmate prøver (http://www.caslab.com/).

Eksperimentelle Resultater

Alle skimmate prøver ble hentet fra samlingen kopp en H& S 200-1260 skimmer kjører på en 175-gallon rev tank under forfatterens omsorg. I løpet av disse samlingene inneholdt tanken 10 fisk (par Pterapogon kauderni (Banggai cardinals), par Liopropoma carmabi (candy bass), Centropyge loriculus (flamme engel), Centropyge interrupta (Japansk pygmy engel), Oxycirrhites typus (longnose hawkfish), Zebrasoma flavescens (gul tang), Amblygobius bynoensis (byno goby) Og Synchiropus splendidus (mandarin)), ca 40 korallkolonier fra sps, lps Og Chalice Kategorier, og et par dusin Snegler og Eremittkrabber. Ingen myke koraller eller muslinger var til stede. Typiske daglige feedings inkludert en kube Av Hikari mysis reker, EN kube AV PE mysis reker, en klype flake mat, og en klype pellets mat. Tre ganger i uken ble Reef Nutrition products Phytofeast, Rotifeast, Oysterfeast og Arctipods brukt, og et ark nori ble lagt til en gang i uken. Skimmerkoppen ble rengjort ukentlig, Og Granulært Aktivert Karbon (GAC), Granulært Jernoksid (GFO), en kalsiumreaktor og EN UV-sterilisator ble alle brukt kontinuerlig. Sytten prosent av vannvolumet ble endret ukentlig, og tankparametere ble også målt på ukentlig basis; = 1.4 ppm (1 time etter mating) – 0,5 ppm (24 timer etter mating), = 390 – 410 ppm, = 1230 – 1260 ppm, = 3,5 – 4 meq/L, saltholdighet = 34,5 – 36 ppt, pH = 7,8 (lys på) – 8,1 (lys av), < 0,5 ppm, ingen MÅLBAR NH4, NO2 eller PO4. Belysning ble levert AV TO 400w 14k Geissmann metallhalogenidpærer og en 175w 15k Iwasaki metallhalogenidpære på en 8-timers på, 16-timers av syklus. Ingen tilsetningsstoffer unntatt CaCl2•2h2o ble brukt.

vårt første eksperiment ble designet for å undersøke sammensetningen av det vannløselige faste materialet fjernet av en proteinskimmer. Skimmate ble samlet over 4 dager uten mat tillegg til akvariet, Fig. 1. Det flytende og faste innholdet I H&S 200-1260 skimmer cup ble forsiktig fjernet etter denne tidsperioden og konsentrert til tørrhet gjennom innledende væskefordampning under redusert trykk og deretter vakuumtørking ved 110 oC / 0.2 mm. denne prosedyren fjerner effektivt nesten alt vannet (se nedenfor), og selvfølgelig eventuelle flyktige komponenter i skummet. Sytten gram gråbrunt fast stoff resulterte, Se Fig. 1.

Fire gram av denne rå skummet ble suspendert i 100 mL destillert vann og kraftig omrøring i flere timer. Blandingen ble deretter separert ved sentrifugering ved 6000 rpm / 10 min, og supernatanten ble hellet av og kassert. Denne prosedyren ble gjentatt 3 ganger, og deretter ble det gjenværende materialet vakuumtørket ved 110 oC / 0,2 mm i 48 timer for å ha råd til 0,47 g grågrønt fast stoff. Merk At CaCO3 må varmes opp til > 900 oC for å brenne AV CO2. Dette faste stoffet ble utsatt for elementanalyse som beskrevet ovenfor Ved Columbia Analytical Services:

• C: 21,08%
• H: 2,39%
• N: 2,22%
• Ca: 17,43%
• Mg: 1,35%
• Si: 4,76 %
• P: 0.16 %

Disse dataene kan tolkes med noen anvendelse av kjemisk intuisjon og noen forutsetninger.

1) Kalsiumanalyse

17.43 Vekt % Ca innebærer at den totale Mengden Ca i 470 mg prøven er 82 mg. Forutsatt at Alt Dette Ca er i form av kalsiumkarbonat (CaCO3, MW = 100), inneholder 470 mg tørket skumme 205 mg (44 %) CaCO3. Siden karbon er 12% (etter vekt) Av CaCO3, inneholder 470 mg tørket skumme ~ 25 mg (~5.2%) av (uorganisk) karbon bidratt fra kalsiumkarbonatet.

2) Magnesiumanalyse

1,35 Vekt % Mg innebærer at den totale mengden Mg i 470 mg-prøven er 6,3 mg. Forutsatt at Alt Dette Mg er i form av magnesiumkarbonat (mgco3, mw = 84), inneholder 470 mg tørket skumme 22 mg (~4,7%) MgCO3. Siden karbon er 14% (etter vekt) Av MgCO3, inneholder 470 mg tørket skumme ~ 3 mg (~0,7%) av (uorganisk) karbon bidratt fra magnesiumkarbonatet.

3) Nitrogenanalyse

Levende organismer er ~ 5 – 9% av tørrvekt nitrogen (vi bruker 7% for enkelhet), (Sterner, 2002) og så, hvis vi forsømmer uorganiske kilder til nitrogen (NH4, NO3 og NO2, som er umåtelig lave i tankvannet), 2.22 vektprosent av nitrogen innebærer at det er 10.4 mgs nitrogen i 470 mgs av skimmate, som beregner til 149 mgs (~32%) av organisk materiale til stede.

4) Hydrogenanalyse

Levende organismer er ~ 7% av tørrvekt hydrogen. (Sterner, 2002) 2.39 vektprosent av hydrogen innebærer at det er 11.2 mgs hydrogen i 470 mgs skimmat, som beregner til 160 mgs (~34%) organisk materiale til stede. Sammenlign denne verdien med nitrogenanalysebasert prediksjon av organiske stoffer fra (3); 32% – veldig nær avtale!

5) Karbonanalyse

21.08 Vekt % c innebærer at den totale mengden C som er tilstede i 470 mg skimmatprøven, er 99 mg. Subtrahering av Mengden C fra CaCO3-bidraget (25 mgs Av C) og mgco3-bidraget (3 mgs Av C) etterlater 71 mgs Av C igjen. Hva er kilden til dette karbonet? To muligheter synes sannsynlig; kastet ut partikkel karbon FRA gac filter, ELLER TOC stammer fra organiske kilder. Levende organismer er 40-50% av tørrvekt karbon (vi bruker 45% for enkelhet), (Sterner, 2002). Hvis alle 71 mg karbon kom fra organiske kilder (=TOC), ville det være ~ 158 mg (~34 %) organisk materiale tilstede. Sammenlign denne verdien med både nitrogenanalysebasert prediksjon av organiske stoffer fra (3); 149 mg (~ 32%) og hydrogenanalysebasert prediksjon fra (4); 160 mg TOC (34%). Konkordansen mellom TOC-karbonbasert beregning og de uavhengige hydrogen-og nitrogenbaserte beregningene kan ikke ignoreres. Dermed er det
ingen bevis for å kontraindisere konklusjonen om at de resterende 71 mg karbon kan tilskrives organiske kilder som TOC; DET er ingen grunn TIL å påberope gac filter ejecta som en kilde for dette karbon.

6) Silisiumanalyse

4.76 vekt% silisium tilstede i 470 mgs av skumme antyder at det er 22.4 mgs totalt Si tilstede. Hvis Vi antar At Si er bidratt med biogen opal fra skjeletten av kiselalger, (Brzezinski, 1985; Mortlock, 1989), er Si i en hydrert polymer Av SiO2 (ca. molekylformel for opal Er SiO2•0.4h2o, 42% Si etter masse). Derfor kan vi tilnærme mengden biogen opal tilstede som 53 mg (~11%).

7) Fosforanalyse

0.16 vekt% av p tilstede i 470 mgs tørrskimmat innebærer at det er 0.75 mgs Av P tilstede. Forutsatt at Alle P er tilstede som fosfat, PO43 – (MW = 95, ukjent counterion), så er det ~ 2.3 mgs (~0.5%) AV PO43 – tilstede i 470 mgs tørrskimmat. Dette beløpet tilsvarer ~ 4900 ppm fosfat, som er langt mer enn < 0,02 ppm fosfat i tankvannet. Dermed gjør skimming konsentrere fosfat.

Elemental Analysis Summary

oppsummert trekker skimmeren ut en solid, vannløselig blanding av forbindelser som består av vekt av (ca.):

• 44 % Av CaCO3
• 5% Av mgco3
• 11% av biogen opal
• 34% av organisk materiale
• 0,5% av fosfat

derfor er totalt ~ 95% av det tørre vann-uoppløselige skummet regnskapsført! Hva er kildene til disse kjemiske forbindelsene i skummet? Den biogene opalen er sannsynligvis fra skallene av kiselalger, små medlemmer av fytoplanktonfamilien av marine mikrober. CaCO3 (Og MgCO3) kan ha både biogene og abiologiske kilder. En kalsiumreaktor opererte gjennom den eksperimentelle skimmatoppsamlingsperioden, og så kan Noen Av CaCO3 bare være mikropartikulater som sendes ut fra denne enheten. Alternativt kan CaCO3 oppstå fra skjellene av planktoniske mikrober fra coccolithophore (Mitchell-Innes, 1987; Stanley, 2005) og foraminifera familier. Disse planktonkomponentene er utbredt under visse forhold i sjøvann, men det er ikke fastslått tilstedeværelse i akvarievann. Det er ikke mulig å skille mellom disse biologiske og abiologiske kildene Til CaCO3 for tiden. Fremtidige eksperimenter i
som skimmerer samles uten en løpende kalsiumreaktor, kan kaste litt lys på dette punktet. Fosfatet tilstede i skummet kunne ikke komme fra uorganisk fosfat i vannsøylen; det ion ville ha blitt fjernet ved grundig vask med vann. Det er mulig at noe av dette fosfatet er i form av uoppløselig kalsiumfosfat, men at forekomsten ville være usannsynlig Da Ca3 (PO4)2 dannes ved ganske høy pH, som ikke er karakteristisk for skummatvæsken (pH = 7,67, se nedenfor). Som standard er det mest sannsynlig avledet fra organisk fosfat; det vil si mange biokjemikalier innen kiselalger og alle andre levende organismer (coccolithophores, foraminifera, bakterier, mennesker, etc) har festet fosfatgrupper. Akvarieorganismer rekrutterer disse fosfatmolekylene fra det uorganiske fosfatet i vannsøylen og fester dem deretter til de organiske biokjemikaliene. Dermed konsentrerer de effektivt fosfat fra vannet, og at
fosfat fjernes deretter (i den intakte organismen) ved skimming. Fra dette perspektivet bidrar skimming til fjerning av uorganisk fosfat fra akvarievann.

en interessant og kanskje uventet observasjon er at bare 34% av dette faste skimmatmaterialet kan tilordnes “organisk karbon”, TOC. Dermed er 2/3 av den faste, vannløselige delen av skummet ikke TOC, men heller uorganisk materiale som kan (eller ikke) ha biogen opprinnelse. Hvis en betydelig mengde av dette uorganiske materialet kommer fra planktonskjellene, står det til grunn at en stor del av det oppdagede organiske materialet (TOC) sannsynligvis utgjør “tarm” av disse organismene. Dermed er kanskje ikke så mye av TOC fjernet av skimming faktisk fritt flytende organiske molekyler. En advarsel om denne tolkningen er selvfølgelig det faktum at ~ 90% av den rå opprinnelige skimmaten ble vasket bort med vann. Kanskje den vannløselige fraksjonen inneholdt betydelige mengder oppløst organisk karbon, som ville bli uoppdaget av analysen ovenfor.

En annen, mer omfattende skimmate kjemisk analyse ble fulgt for å løse denne bekymringen. I dette eksperimentet, tanken ble matet daglig med EN blanding AV PE Og Hikari mysis reker, Ocean Nutrition Formel 1 flak, Omega En Veggie Flak, Og Aqueon Marine Granulater som beskrevet ovenfor. Denne daglige foringen utgjorde en tørrvekt (110 oC / 0,2 mm i 48 timer) på 0,87 gms/dag. Ingen Reef Nutrition produkter ble brukt under dette eksperimentet. Etter 7 dager med dette tilførselsregimet ble det faste og flytende skummet oppsamlet Av H&s 200-1260 skimmeren forsiktig fjernet fra skimmerkoppen og separert ved sentrifugering (6000 rpm, 40 min). Den lysebrune klare supernatanten ble helt av og dens volum målt; 125 mL. Den faste rest ble tørket i vakuum ved 110 oC / 0,2 mm i 24 timer => 5,18 g brunt fast stoff. 110 mL av væsken ble konsentrert under redusert trykk og deretter vakuumtørket (110 oC/0,2 mm/24 timer) for å gi 2,91 g brunt fast stoff (=>
3,31 gms fast stoff fra den opprinnelige 125 mL væske gjenvunnet). 15 mL gjenværende væskeskimmat ble analysert med Et Salifert-testsett for alkalitet: = 8,0 meq / L. i tillegg indikerte brytningsindeksen på 1,023 31 ppt saltholdighet og pH = 7,67. Et endepunkt kunne ikke påvises med Ca Eller Mg Salifert kits, Merck phosphate kit eller Salifert NO3 kit på grunn av den forstyrrende lysebrune fargen på skummatvæsken. Merk at den svært høye målingen ikke nødvendigvis tyder på at konsentrasjonene AV HCO3-ELLER CO32 – er høye; det kan være organiske syrekarboksylater fra TOC-bassenget som oppdages av denne alkalinitetsanalysen (se nedenfor).

det faste stoffet avledet fra fordampning av væskepartiet av skummet, så vel som det faste stoffet oppnådd etter sentrifugering, ble begge sendt Til Columbia Analytical Services for elementær analyse. Resultatene er tabulert I Tabell1. I tillegg ble den tørkede maten analysert for utvalgte elementer. Naturlig sjøvann element innhold er inkludert for sammenligning.

Tabell 1. Resultater fra elementanalyser av skimmat-og matprøver.

Element	Fast skumme (vekt%)	Flytende skumme (vekt %)	Naturlige sjøvannsolider (vekt %)	Mat(vekt %)
C	22.50	4.50	0.08
N	2.72	0.68	0.04
H	2.37	1.33
S	1.18	2.47	2.6
Ca	10.52	0.60	1.1
Mg	1.99	3.21	3.7
Hvis	8.94	1.40	< 0.01
Na	3.45	27.25	30.9
Cl	0.40	43.2	55.4
K	0.38	1.17	1.1
Fe	0.93	<0.02	< 0.01
P	0.46	0.08	< 0.01	1.57
I			< 0.01	< 0.1
Cu			< 0.01	< 0.006
Am	55.84	85.89	95

Matanalyse

den uttørkede maten ble analysert for fosfor, kobber og jodinnhold. Verken kobber eller jod er registrert i disse analysene; det kan ikke være mer enn 100 ppb av enten i maten. Fosforinnholdet var imidlertid detekterbart, og 1,57 vekt% av p tilsvarer omtrent 14 mg pf fosfor i 0,87 g tørket mat som tilføres tanken daglig. Forutsatt at Alle P er tilstede som fosfat, PO43- (MW = 95), så er det ~ 42 mg (~5%) AV PO43-tilstede i 0,87 g tørket mat. Legg merke til at de frosne mysis reker kuber ble vasket grundig med vann fra springen til tint, og så fosfatinnhold i vannet for frysing kan diskonteres. Den daglige 42 mg fosfat tillegg til 168 liter av akvariet vannvolum representerer en nominell tilsetning av omtrent 0.06 ppm fosfat per dag. Siden Merck phosphate test kit analyse indikerer et fosfatnivå på < 0.02 ppm (test kit limit), synes det tilsatte fosfatet å være lett fjernet fra vannsøylen.

Skummende Væskeanalyse

1) Svovelanalyse

Den 2.47 vektprosent svovel tilstede i 3,31 g fast stoff avledet fra skummatvæsken tilsvarer omtrent 82 mg S. dette svovelet kommer mest sannsynlig fra sulfat, SO42- (MW = 96, 33% S vekt). DET er absolutt en liten mengde “organisk” svovel I DOC, men det er ikke sannsynlig å legge mye til den totale svovel %, siden svovel er bare ~ 0,1% av tørrvekten av levende materie. (Sterner, 2002) så, 82 mg Av S i tørket flytende skum svarer til 248 mg (7,5%) sulfat i den tørkede skumvæsken.

2) Nitrogenanalyse

Den 0.68% av tørrvekt av nitrogen i 3,31 g tørket skummatvæske tilsvarer 23 mg N. kilder til nitrogen inkluderer organisk materiale (DOC), og selvfølgelig uorganiske ioner; ammonium (NH4+), nitritt (NO2–) og nitrat (NO3–). Det er i hovedsak ingen målbar (dvs. < 1 ppm) NH4, NO2 eller NO3 i akvariet vann, så til en første tilnærming kan nitrogenet i skummet tilskrives “organisk” nitrogen. Siden organisk materiale avledet fra levende kilder er omtrent 7% av tørrvekt nitrogen (se ovenfor), antyder 23 mg N tilstede i skummatvæsken at det totalt sett er omtrent 329 mg (~10%) organisk materiale tilstede.

3) Karbonanalyse

den 4,50 vektprosent av karbon som er tilstede i 3,31 g tørket skummatvæske tilsvarer 149 mg C tilstede. Kilder til karbon i skimmatvæsken inkluderer uorganisk karbon som en del av karbonat-likevektene, organisk karbon (DOC) og karbonpartikler som utkastes FRA gac-filteret. Basert på argumentet avansert i (5) ovenfor, virker DET usannsynlig AT gac-filteret er en kilde til dette karbonet. Det er ikke mulig å skille mellom de resterende to kildene basert på elementanalyse måling eller uavhengig måling, siden den sistnevnte analysen vil oppdage (organiske) karboksylater så vel som uorganiske former, bikarbonat HCO3– OG karbonat CO32-. Det er imidlertid mulig å sette en øvre grense på det uorganiske (bikarbonat og karbonat) innholdet i skummatvæsken fra Salifert alkalinitetsmåling. Den målte alkaliteten via Et Salifert-testsett var 8 meq / L. hvis vi antar for å sette denne øvre grensen at all den alkaliteten skyldtes karbonatsystemet, svarer 8,0 meq / L til 1,0 mmol alkalitet i 125 mL skummatvæske samlet fra sentrifugeringsløpet. Videre, hvis vi antar at all den alkaliteten er i form av bikarbonat, ER HCO3 – (faktisk ved pH = 7,67, omtrent 96% av karbonatet tilstede), så ville vi ha 1,0 mmol ELLER 61 mg HCO3-tilstede i 3,31 gm tørket skummatvæske. Således vil 61 mg HCO3– (= 20% C i vekt) maksimalt utgjøre 12 mg av de totale 149 mg karbon som er tilstede i den tørkede skummatvæsken. I dette scenariet vil 137 mg av det målte karbonet da bli avledet fra organiske kilder. Ved å bruke estimatet at organisk materiale avledet fra levende kilder er 45% karbon, vil MENGDEN DOC i den tørkede skummatvæsken være 304 mg (~9%); ikke for langt unna nitrogenanalysen av ~ 10% organisk materiale. Hvis all den målte alkaliteten på den andre ekstremen kunne tilskrives organiske karboksylater (anta C18-arter i gjennomsnitt, Så C = 76% karboksylatmasse), ville 1,0 mmol alkalitet tilsvare 283 mg organiske karboksylater, hvorav 76% (=215 mg) ville være karbon. Siden det totale karbonmålte var bare 149 mg, er dette sistnevnte scenariet selvsagt umulig. Mest sannsynlig kan ~ 3 eller 4 meq / L av alkaliteten tilordnes HCO3–, så det gjenværende organiske karbonet er rundt 143 mgs = > 318 mgs (~10%) organisk materiale – samme verdi avledet fra nitrogenberegningen.

4) Hydrogenanalyse

1,33 vektprosent hydrogen i 3,31 gm-prøven av tørket skummatvæske innebærer at det er 44 mg H tilstede. Dette hydrogenet kan bidra fra biologisk avledede organiske kilder, uorganiske kilder (HCO3-OG HSO4 -), og muligens fra vann igjen fra ufullstendig tørking. Hvis alt det målte hydrogenet bare ble bidratt fra biologisk avledede organiske kilder (ved ~ 7% av tørrvekthydrogen), ville vi forutsi at den tørkede skummatvæsken inneholdt omtrent 629 mg (~19%) organisk materiale. Klart at verdien er for stor i forhold til nitrogen-og karbonanalyseverdiene, så i det minste må noe av hydrogenet komme fra enten uorganiske ioner eller fra vann. Beløpene bidratt fra bikarbonat HCO3 – og karbonsyre H2CO3 er ubetydelige, gitt deres relativt små konsentrasjoner(se Karbonanalyse ovenfor). I tillegg ved pH = 7.67, det er en forsvinnende liten mengde bisulfat, HSO4 -; dens pKa = 1,9. Så det er sannsynlig at væskeskimmatprøven ikke var helt tørket, og det gjenværende hydrogenet kommer sannsynligvis fra den kilden. Gitt fra nitrogenanalysen at det faste stoffet avledet fra skummatvæsken inneholder ca. 329 mg organisk materiale, og organisk materiale er ca. 7% hydrogen, så er hydrogen bidratt fra dette organiske materialet ca. 23 mg av den faste rest. Hvis det gjenværende målte hydrogenet (44 – 23 = 21 mg) er FRA H2O, er det 189 mg (~6 %) vann tilstede.

5) Silisiumanalyse

1.40% av silisium i vekt i 3.31 g av fast stoff gjenvunnet fra skummatvæsken virker ut til 46 mg silisium. Dette silisium kan være avledet fra enten vannløselig ortosilinsyre(Si (OH)4, 29% Si, 4% H)eller fra biogen opal som utgjør skallet av kiselalger som beskrevet ovenfor (ca. molekylformel for opal Er SiO2•0.4h2o, 42% Si, 1% H). Merk at i begge tilfeller er mengden hydrogen bidratt av Enten kilde Til Si minuscule (~0.04 vektprosent av den opprinnelige skummatvæskens avledede faste stoff) og påvirker knapt hydrogenanalysens konklusjoner ovenfor. Det er ikke mulig å bestemme hvor mye silisium stammer fra uorganisk orthosilicic syre, og hvor mye kan tilskrives skjell av kiselalger, men % silisium i hver er ikke så forskjellig, og så vil vi bruke en gjennomsnittsverdi (36%) for å beregne mengden Av “SiOxHy” i råolje skimmate væsken er avledet solid; ca 128 mg (~4%) av skumme væsken
solid er noen form for silikat, SiOxHy.

så samlet sett kan det faste stoffet avledet fra konsentrasjonen av skummatvæsken deles inn i:

• Uorganiske ioner (Na, Cl, K, Ca, Mg, SO42-, HCO3–, SiOxHy) 87%
• Oppløst organisk karbon 10%
• Vann 6%
• Totalt 103%

Så, vi har overshot det teoretiske maksimale innholdet på 100% med 3%; ikke så ille, gitt de mange tilnærmingene og antagelsene som gikk inn i oppkjøpet av disse prosentene. Bunnlinjen er imidlertid at skimmatvæsken inneholder for det meste de vanlige uorganiske ionene som utgjør de viktigste ionene i sjøvann. Bare en liten mengde av dette materialet kan uten tvil tilordnes oppløst organisk karbon, DOC.

den kjemiske analysen av 5.18 gm av skimmate solid følger en lignende tilnærming som beskrevet for tungt vasket skimmate solid diskutert ovenfor. Men i dette tilfellet ble det faste stoffet ikke vasket gjentatte ganger, og så fortsetter noen vannløselige forbindelser, selv om det meste av vannet sannsynligvis ble fjernet gjennom vakuumtørking. Disse vannløselige artene består av 3,45 vekt % natrium, 0,40 vekt % klorid, 0,38 vekt % kalium og 1,18 vekt % svovel (=3,6 vekt % sulfat). Videre er det sannsynlig at minst noen av de målte Ca, Mg, C (som HCO3) og P kan komme fra vannløselige forbindelser i tillegg til forbindelser i det uoppløselige faste stoffet, men de totale mengdene av den vannløselige fraksjonen av disse spesielle uorganiske ioner er sannsynligvis små, siden den mest omfattende ion, natrium, bare er 3,45 vekt % av det isolerte faste stoffet (Na / Ca = 28 i sjøvann). Så, til en første tilnærming, vil vi forsømme deres bidrag til den vannløselige uorganiske delen av det faste skummet. Fra dette perspektivet inneholder det tørkede skumstoffet omtrent 8 vekt % av normalt vannløselige uorganiske ioner.

1) Kalsiumanalyse

10,52 vekt % Ca innebærer at den totale Mengden Ca i 5,18 mg prøven er 545 mg. Forutsatt at i hovedsak Alt Dette Ca er i form av vannløselig kalsiumkarbonat (CaCO3, MW = 100), inneholder 5,18 mg tørket skumme 1,36 g (26 %) CaCO3. Siden karbon er 12% (etter vekt) Av CaCO3, inneholder 5.18 g tørket skumme ~ 163 mg (~3.2%) av (uorganisk) karbon bidratt fra kalsiumkarbonatet.

2) Magnesiumanalyse

1,99 Vekt % Mg innebærer at den totale mengden Mg i 5,18 gm-prøven er 103 mg. Forutsatt at Alt Dette Mg er i form av magnesiumkarbonat (mgco3, mw = 84), inneholder 5.18 g tørket skumme 361 mg (~7.0%) Av MgCO3. Siden karbon er 14% (etter vekt) Av MgCO3, så 5.18 g tørket skumme inneholder ~ 51 mg (~1%) av (uorganisk) karbon bidratt fra magnesiumkarbonat.

3) Nitrogenanalyse

Levende organismer er ~ 5 – 9% av tørrvekt nitrogen (vi bruker 7% for enkelhet), (Sterner, 2002) og så, hvis vi forsømmer uorganiske kilder til nitrogen (NH4, NO3 og NO2, som er umåtelig lave i tankvannet), innebærer 2,72 vektprosent nitrogen at det er 141 mgs nitrogen i 5,18 gm av skummat fast stoff, noe som gjør det mulig for oss å bruke nitrogen.beregner til 2,01 gms (~39%) av organisk materiale til stede.

4) Hydrogenanalyse

Levende organismer er ~ 7% av tørrvekt hydrogen. (Sterner, 2002) 2.37 vektprosent av hydrogen innebærer at det er 123 mg hydrogen i 5.18 gm av skummat fast stoff, som beregner til 1.75 gms (~34%) av organisk materiale til stede. Sammenlign denne verdien med nitrogenanalysebasert prediksjon av organiske stoffer fra (3); 39% organisk karbon. I dette tilfellet er hydrogenresultatene ikke så nær de nitrogenbaserte resultatene som de var i de to foregående analysene, men de er ikke så langt unna. Denne hydrogenanalysen antar at det ikke er vann tilstede, eller noe Av H ville skyldes vann og ikke organiske stoffer, og Den h-baserte organiske beregningen ville være enda mindre.

5) Karbonanalyse

22,50 Vekt % c innebærer at den totale mengden C som er tilstede i 5,18 gm skimmatprøven er 1,17 g. Subtrahere Mengden C Fra CaCO3-bidraget (163 mg Av C), og mgco3-bidraget (51 mg Av C) etterlater 952 mg Av C igjen. Hvis vi igjen rabatt gac-filteret som en kilde til dette karbonet, så mest(alt ?) av dette karbonet kommer fra “organiske” kilder. Siden levende organismer er 40-50% av tørrvekt karbon (vi bruker 45% for enkelhet), (Sterner, 2002), betyr 952 mg organisk C at det er ~ 2,12 gms (~41 %) organisk materiale til stede. Sammenligning med nitrogen- (39% organiske) og hydrogen – (34% organiske) avledede verdier gir et konsistent bilde av det organiske innholdet.

6) Silisiumanalyse

8.94 vekt % silisium til stede i 5.18 gm av skimmate solid antyder at det er 463 mgs totalt Si tilstede. Hvis Vi antar At Si er bidratt med biogen opal fra skjeletten av kiselalger, (Brzezinski, 1985; Mortlock, 1989), er Si i en hydrert polymer Av SiO2 (ca. molekylformel for opal Er SiO2•0.4h2o, 42% Si etter masse). Derfor kan vi tilnærme mengden biogen opal tilstede som 1.10 gm (~21%).

7) Fosforanalyse

0.46 vekt% av P tilstede i 5.18 gms av tørr skimmat fast stoff innebærer at det er 24 mg P tilstede. Forutsatt At Alle P er tilstede som fosfat, PO43- (MW = 95, ukjent motion), så er det ~ 74 mg (~1.4 %) AV PO43-til stede i 5.18 gm av tørr skimmate solid. Dette beløpet tilsvarer ~ 14300 ppm fosfat, som igjen er langt mer enn < 0,02 ppm fosfat i tankvannet.

8) Jernanalyse

0,93 vektprosent Av Fe i 5,18 gms tørket skummet fast stoff utgjør 48 mg Fe til stede. Uorganiske jernsalter er ganske uoppløselige i vann, og så er det sannsynlig at nesten alt dette jern er enten “organisk” jern som bodde i kroppene av mikrober som bakterier, etc. eller det er fra kolloidale jernpartikler utvist FRA GFO-reaktoren. Skimmatens karbon-til-jern vekt-prosent-forhold på 24 kan sammenlignes med tørrvekten C:Fe-forhold for flere planktoniske organismer: heterotrofe bakterier: 28500:1, cyanobakterier: 11250: 1, eukaryotisk fytoplankton:71250: 1. (Tortell, 1996). Siden Det oppdagede Fe: C-forholdet er 10000x det for planktoniske arter, er det svært lite sannsynlig at mye av skummet jern er” organisk ” i opprinnelse. Et mer sannsynlig scenario er at partikler jernoksid er utvist FRA GFO reaktoren, og at materialet deretter utgjør flertallet av jern fjernet av skimmer. Jernoksid har en nominell kjemisk formel På Fe2O3,
og det er omtrent 70% jern etter vekt. Så, 48 mg jern i skummet fast stoff tilsvarer ca 69 mg Fe2O3 (~1,3 vekt%).

oppsummert trekker skimmeren ut en fast blanding av forbindelser som består av vekt av (omtrent):

• 8% uorganiske ioner
• 26% Av CaCO3
• 7% Av MgCO3
• 21% av biogen opal (SiO2)
• 38% av organisk materiale
• 1,5% av fosfat
• 1.3% av jernoksid

disse materialene summerer opp til ~ 103%, som er ganske nær det teoretiske maksimumet på 100%. Eventuelle uoverensstemmelser kan lett forklares av den numeriske usikkerheten som er innført gjennom alle antagelsene. Det vil si, selv med alle antagelsene og tilnærmingene som er nevnt i denne analysen, går summen av massen ut til 3% av “perfekt”. Igjen er det organiske materialet som er fjernet i skummet fast stoff en mindre komponent, men i gjennomsnitt 38% (C vs. N vs. H analyse), er det litt høyere enn 34% – verdien avledet fra den tungt vasket skumme faste prøven og mye høyere at MENGDEN DOC i væskefraksjonen (~10%). Totalt inneholder 8.49 gm av totale faste stoffer fjernet i løpet av uken med skimming omtrent 318 mg vannløselige organiske stoffer (~4%) og omtrent 2.12 gm av vannløselige organiske stoffer (~25%). Således, med en stor margin, er hovedparten av de organiske stoffene fjernet ved skimming ikke DOC (oppløst organisk karbon). De uorganiske forbindelsene CaCO3 og SiO2 utgjør størstedelen av den skimmate faste massen, mye som de gjorde i den tungt vasket skimmate prøven analysert først. Som diskutert i den analysen, er kilden til disse forbindelsene ikke tildelbar fra disse dataene, men en biologisk kilde Til SiO2 (biogen opal), diatomskjell, er sannsynlig. CaCO3 kan oppstå fra både uorganiske kilder (dvs.kalsiumreaktor CaCO3 partikkelutkastning) og organiske kilder (skallene av foraminifera og/eller coccolithophores).

en av de overraskende observasjonene som kommer fra de opprinnelige skimmerytelsesstudiene er at bare ca 20-35% av den målbare TOC i akvarievann fjernes ved skimming. Den observasjonen kan nå virke litt mindre overraskende når den ses i sammenheng med skumkomponentanalysen. Dermed kan bare ~ 29% (25% fra det faste + 4% fra væsken) av skummet fjernet Av H& S 200 skimmer fra autentisk revetankvann i løpet av en uke tilordnes organisk materiale. Så, skimming fjerner ikke alt så mye AV TOC til stede i akvariet vann, og skummet inneholder ikke så mye TOC.

Så hva gjør egentlig skimming? På temaet vannrensing; den mest konservative, tillatte (men ikke overbevisende!) svar er at skimming fjerner mye (levende eller død? ukjente) mikroorganismer som fyller akvariet vann, og dermed fjerner (organisk) karbon, fosfor og nitrogen som utgjør deres biokjemiske makeup. I tillegg kan oppløste organiske forbindelser også fjernes, men dataene støtter ikke forslaget om at disse oppløste organiske artene utgjør en stor mengde av de totale organiske stoffene som fjernes. I tillegg til disse vannrensingsfunksjonene tjener skummere til å oksygenere vannet og lette gassutveksling generelt, som er nyttige aktiviteter uavhengig av organisk avfallsfjerning.

Konklusjoner

den kjemiske/elementære sammensetningen av skimmat generert Av En H & S 200-1260 skimmer på en 175-gallon revetank i løpet av flere dager eller en uke hadde noen overraskelser. Bare en mindre mengde av skummet (fast + væske) kunne tilskrives organisk karbon (TOC); ca 29%, og det meste av dette materialet var ikke vannløselig, dvs. ikke oppløst organisk karbon. Flertallet av de gjenvunnede skumm faste, bortsett fra commons ioner av sjøvann, Var CaCO3, MgCO3 Og SiO2-uorganiske forbindelser! Opprinnelsen til disse artene er ikke kjent med sikkerhet, men En god sak kan gjøres At SiO2 stammer fra skjell av kiselalger. CaCO3 kan være avledet fra andre planktoniske mikrober som bærer kalsiumkarbonatskjell, eller kan komme fra kalsiumreaktoravløp. I den grad det faste skummet består av mikroflora, vil en del av det uoppløselige organiske materialet fjernet ved skimming da bare være de organiske komponentene (“tarmene”) av disse mikrofloraen. Disse mikrofloraen konsentrerer p, N og C næringsstoffer fra vannsøylen, og så deres fjerning via skimming utgjør et middel til næringseksport.

Takk

Vi takker Eberly College Of Science Ved Pennsylvania State University og E. I Dupont De Nemours og Co. Sanjay Joshi (Penn State) og Craig Bingman (U. Wisconsin) for mange nyttige diskusjoner.

1. Brzezinski, Ma 1985. “Si: C: N Forholdet Mellom Marine Kiselalger: Interspesifikk Variabilitet og Effekten Av Noen Miljøvariabler.”J. Physiol., 21, 347-357.
2. De La Rosa, J. M.; Gonz@lez-Pé, J. a.; Hatcher, P. G.; Knicker, H.; Gonzá-Vila, F. J. 2008. “Bestemmelse Av Ildfast Organisk Materiale I Marine Sedimenter Ved Kjemisk Oksidasjon, Analytisk Pyrolyse OG Solid-State 13c Kjernemagnetisk Resonans Spektroskopi.”Eur. J. Jord Sci., 59, 430-438.
3. Feldman, K. S.; Maers, K. M.; Vernese, L. F.; Huber, E. A.; Test, M. R. 2009. “Utviklingen av En Metode for Kvantitativ Evaluering Av Protein Skimmer Ytelse.”Avansert Akvarist http://www.advancedaquarist.com/2009/1/aafeature2/
4. Feldman, Ks; Maers, Km2010. “Videre Studier På Protein Skimmer Ytelse.”Avansert Akvarist
5. Mitchell-Innes, Ba; Vinter, A. 1987. “Coccolithophores: En Stor Fytoplanktonkomponent I Modne Oppstrømsvann Utenfor Cape Peninsula, Sør-Afrika I Mars 1983.”Marine Biol., 95, 25030.
6. Mopper, K.; Stubbins, A.; Ritchie, Jd; Bialk, Hm; Hatcher, Pg “Avanserte Instrumentelle Tilnærminger For Karakterisering Av Marint Oppløst Organisk Materiale: Ekstraksjonsteknikker, Massespektrometri og Kjernemagnetisk Resonansspektroskopi.”Chem. Åp., 107, 419-442.
7. Mortlock, R. A.; Froelich, P. N. ” En Enkel Metode For Rask Bestemmelse Av Biogen Opal i Pelagiske Marine Sedimenter.” 1989. Deep-Sea Res., 36, 1415-1426.
8. Stanley, Sm; Ries, Jb; Hardie, La 2005, ” Sjøvannskjemi, Coccolithophore Befolkningsvekst, Og Opprinnelsen Til Kritt Kritt.”Geologi, 33, 593-596.
9. Sterner, R. W.; Anser, J. J. 2002. Økologisk Støkiometri. Princeton University Press, Princeton.
10. Tortell, Pd; Maldonado, Mt; Price, Nm “Rollen Av Heterotrofiske Bakterier i Jernbegrensede Havøkosystemer.” 1996. Natur, 383, 330-332.